สารยับยั้งเอนไซม์ในปัสสาวะ NBPT

ยูเรียเป็นปุ๋ยไนโตรเจนเป็นปุ๋ยที่สำคัญที่สุดในการเกษตรของโลก อย่างไรก็ตามยูเรียในดินจะถูกย่อยสลายอย่างรวดเร็วโดยเอนไซม์ยูเรียในดินเพื่อย่อยสลายการสูญเสียไนโตรเจนจำนวนมากและลดประสิทธิภาพการใช้ประโยชน์ของยูเรียไนโตรเจน ในเวลาเดียวกันเนื่องจากการไฮโดรไลซิสของยูเรียความเข้มข้นของแอมโมเนียในดินเพิ่มขึ้น สิ่งนี้เป็นพิษต่อการงอกของเมล็ดและพืช การใช้สารยับยั้งเอนไซม์ในปัสสาวะเพื่อยับยั้งการไฮโดรไลซิสของยูเรียได้ถูกเสนอเป็นหนึ่งในวิธีการสำคัญในการแก้ปัญหาข้างต้น สารยับยั้งเอนไซม์ของปัสสาวะสามารถเพิ่มประสิทธิภาพของการปฏิสนธิบนพื้นผิว (ยูเรีย) โดยการลดการสลายตัวของแอมโมเนียเพื่อสลายแอมโมเนีย

สารยับยั้งเอนไซม์ NBPT ในปัสสาวะมีคุณสมบัติดังต่อไปนี้: NBPT มีฤทธิ์ยับยั้งเอนไซม์ในปัสสาวะในดินทั่วไปและสภาพภูมิอากาศ NBPT สามารถลดความเสี่ยงของความเป็นพิษของเมล็ดลดการระเหยของแอมโมเนียและเพิ่มผลผลิตพืชและปริมาณโปรตีนในระดับที่มาก NBPT ไม่มีผลเสียหายต่อคนพืชผลและผู้บริโภคและบริโภคพืช

NBPT

การประยุกต์ใช้งาน: โรงงานเคมีที่ดี
เงื่อนไขการผลิต: จะต้องมีน้ำไฟฟ้าไอน้ำและสิ่งอำนวยความสะดวกสาธารณะอื่น ๆ

แม้จะมีการใช้สารยับยั้งยูเรียอย่างแพร่หลายในการเกษตร แต่มีข้อมูลเพียงเล็กน้อยเกี่ยวกับผลกระทบที่มีต่อการดูดซึมและการดูดซึมของไนโตรเจน (N) งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาผลของ N- (n-butyl) thiophosphoric triamide (NBPT) ในระดับสรีรวิทยาและการถอดเสียง (NBPT) ต่อสารอาหารยูเรีย การมีอยู่ของ NBPT ในสารละลายธาตุอาหาร จำกัด ความสามารถของพืชในการใช้ยูเรียเป็นแหล่งที่ไม่มีไนโตรเจน สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่าการลดอัตราการดูดซึมยูเรียและการสะสม 15N ที่น่าสังเกตก็คือผลกระทบเชิงลบเหล่านี้เห็นได้ชัดเมื่อพืชได้รับยูเรียเนื่องจาก NBPT ไม่ได้เปลี่ยนแปลงการสะสม 15N ในพืชที่เลี้ยงด้วยไนเตรท NBPT ทำให้การเจริญเติบโตของพืช Arabidopsis ลดลงเมื่อใช้ยูเรียเป็นแหล่ง N ในขณะที่ไม่มีผลต่อพืชที่ปลูกด้วยไนเตรทหรือแอมโมเนียม การตอบสนองนี้เกี่ยวข้องอย่างน้อยส่วนหนึ่งเป็นผลโดยตรงของ NBPT ในระบบการขนส่งยูเรียที่มีความสัมพันธ์สูง ผลกระทบของ NBPT ต่อการดูดซึมยูเรียได้รับการประเมินเพิ่มเติมโดยใช้บรรทัดของ Arabidopsis ที่แสดงออกมากเกินไป ZmDUR3 และ dur3-knockout; ผลการวิจัยชี้ให้เห็นว่าไม่เพียง แต่การขนส่ง แต่ยังรวมถึงการดูดกลืนยูเรียอาจถูกทำลายโดยสารยับยั้ง สมมติฐานนี้ได้รับการเสริมแรงด้วยการสะสมยูเรียและการลดลงของความเข้มข้นของแอมโมเนียมในพืชที่ได้รับการรักษาด้วย NBPT นอกจากนี้การวิเคราะห์การถอดเสียงแสดงให้เห็นว่าในรากข้าวโพด NBPT การรักษาบกพร่องอย่างรุนแรงการแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้องในเส้นทาง cytosolic ของการดูดซึมยูเรีย -N และการขนส่งแอมโมเนียม NBPT ยัง จำกัด การแสดงออกของการเข้ารหัสยีนสำหรับปัจจัยการถอดความที่เกิดขึ้นอย่างมากโดยยูเรียและอาจมีบทบาทสำคัญในการควบคุมการได้มาซึ่ง งานนี้แสดงหลักฐานว่า NBPT สามารถรบกวนการทำงานของธาตุอาหารยูเรียในข้าวโพดได้อย่าง จำกัด การไหลบ่าเข้ามาของน้ำและเส้นทางการดูดกลืนต่อไปนี้

บทนำ

ยูเรียเป็นปุ๋ยไนโตรเจน (N) ที่ใช้บ่อยที่สุดในโลกโดยมีปริมาณมากกว่า 50 ล้านตันต่อปีคิดเป็นกว่า 50% ของการบริโภคปุ๋ยทั่วโลก N (สมาคมอุตสาหกรรมปุ๋ยนานาชาติ, 2008) การใช้ปุ๋ยยูเรียที่เพิ่มขึ้นอย่างไม่น่าเชื่อในช่วงทศวรรษที่ผ่านมาส่วนใหญ่เกิดจากราคาที่แข่งขันได้และปริมาณ N สูง (46% ของมวล) ซึ่งช่วยลดค่าใช้จ่ายในการขนส่งและการกระจาย

แม้ว่าหลักฐานจากการทดลองได้รายงานความสามารถของพืชในการใช้ยูเรียต่อ se เมื่อจัดหาให้ผ่านการใช้ใบ (Wittwer et al., 1963; Nicolaud และ Bloom, 1998; Witte et al., 2002) การปฏิบัติทางการเกษตรร่วมกันคือการจัดหายูเรีย พืชโดยการใส่ปุ๋ยในดิน นอกเหนือจากการใช้แหล่งอนินทรีย์ N แล้วพืชรวมถึงพืชยังแสดงให้เห็นว่าสามารถใช้ยูเรียที่ไม่ทำลาย (สำหรับการตรวจสอบดู Kraiser et al., 2011; Nacry et al., 2013) โดยเฉพาะอย่างยิ่งพืชข้าวโพดมีระบบการขนส่งเมมเบรนเฉพาะในเซลล์รากสำหรับการได้มาของยูเรียที่มีความสัมพันธ์สูงและต่ำโดยอาศัยการขนส่ง DUR3 และ aquaporins ตามลำดับ (Gaspar et al., 2003; Gu et al., 2012; Zanin et al., 2014; Liu et al., 2015; Yang et al., 2015)

ในการแก้ปัญหาดินความเสถียรของยูเรียนั้นขึ้นอยู่กับกิจกรรมของยูเรียจุลินทรีย์อย่างเคร่งครัดเอนไซม์ที่ขึ้นกับนิกเกิลที่แสดงออกอย่างแพร่หลายในจุลินทรีย์และปล่อยลงสู่ดิน (Watson et al., 1994) นอกจากนี้กิจกรรมยูเรียยังสามารถคงอยู่ในดินแม้หลังจากการสลายตัวของจุลินทรีย์ (Watson et al., 1994) เอนไซม์นี้เร่งการไฮโดรไลซิสของยูเรียเป็นแอมโมเนียมและคาร์บอนไดออกไซด์และกิจกรรมของมันเป็นสัดส่วนกับมวลชีวภาพของจุลินทรีย์ซึ่งจะขึ้นอยู่กับปริมาณอินทรียวัตถุและปริมาณน้ำของดิน แอมโมเนียมอาจยังคงอยู่ในรูปแบบนี้เป็นไอออนบวกหรือแลกเปลี่ยนได้ในรูปของแอมโมเนีย มันยังสามารถทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นสำหรับกระบวนการไนตริฟิเคชันที่ถูกเปลี่ยนเป็นไนเตรต ดังนั้นอย่างน้อยช่วงเวลาสั้น ๆ การใส่ปุ๋ยยูเรียอาจส่งผลให้รากของพืชสัมผัสกับยูเรียแอมโมเนียมและไนเตรตพร้อมกัน (Mérigout et al., 2008b)

สาเหตุหลักมาจากการระเหยของแอมโมเนียและการชะล้างไนเตรตการไฮโดรไลซิสอย่างรวดเร็วของยูเรียจะนำไปสู่ความพร้อมใช้งานของธาตุอาหารพืชลดลงและประสิทธิภาพการใช้ปุ๋ยยูเรียต่ำลง (Zaman et al., 2008) ดังนั้นหนึ่งในกลยุทธ์ที่ใช้มากที่สุดเพื่อลดการปล่อยแอมโมเนียจากปุ๋ยยูเรียคือการใช้สารยับยั้งยูเรีย นอกเหนือจากการลดความเร็วในการย่อยสลายยูเรียแล้วโมเลกุลเหล่านี้ยังช่วยให้การแพร่กระจายของยูเรียอยู่ห่างจากพื้นที่ใช้งานซึ่งทำให้การดูดซึมของมันเป็นโมเลกุลที่ไม่ทำลายโดยรากพืช

สารยับยั้งยูเรียในดินที่มีแนวโน้มและผ่านการทดสอบมากที่สุดคือ NBPT (ชื่อทางการค้าAgrotain®) ซึ่งกิจกรรมเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนเป็นรูปแบบออกซิไดซ์ (Watson, 2005) NBPT เป็นโครงสร้างแบบอะนาล็อกของยูเรีย (Medina and Radel, 1988) ที่ทำหน้าที่ยับยั้งการผสมในกิจกรรมยูเรีย (เพิ่มขึ้น Km และลดลง Vmax; Juan et al., 2009) การคำนวณระดับโมเลกุลแสดงให้เห็นว่า NBPT ประสานงานทั้งอะตอมของนิกเกิลของยูเรียสที่ใช้งานและผูกอะตอมออกซิเจนของ carbamate ที่ได้จากยูเรีย (Manunza et al., 1999)

ไม่ใช่เรื่องแปลกที่จะหาสูตรการตลาดที่มียูเรียร่วมกับตัวยับยั้งยูเรีย (Watson, 2005) หลักฐานการทดลองแสดงให้เห็นว่ากิจกรรมของสารยับยั้งยูเรียอาจได้รับผลกระทบจากปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมเช่น pH (Hendrickson และ Douglass, 1993) อุณหภูมิ (Hendrickson and O'Connor, 1987) และความชื้นในดิน (Sigunga et al., 2002; Clough และคณะ, 2004)

ข้อมูลที่ จำกัด มีอยู่ในผลกระทบทางสรีรวิทยาของ NBPT ในพืช (Watson and Miller, 1996; Cruchaga et al., 2011) มีรายงานว่าบางชนิดแสดงอาการเป็นพิษเมื่อพืชได้รับการบำบัดด้วยยูเรียและ NBPT ด้วยการพัฒนาชั่วคราวของใบไหม้เกรียมและขอบใบตาย (Watson and Miller, 1996; Artola et al., 2011; Cruchaga et al., 2011) Cruchaga และคณะ (2011) รายงานว่า NBPT ถูกนำขึ้นโดยถั่วและรากผักโขมและ translocated กับใบ; ดังนั้น NBPT สามารถยับยั้งกิจกรรมของใบและรากยูเรียภายนอก (Watson and Miller, 1996; Artola et al., 2011; Cruchaga et al., 2011; Ariz et al., 2012) นอกจากนี้กิจกรรม glutamine synthetase และระดับกรดอะมิโนจะลดลงเมื่อมี NBPT (Artola et al., 2011; Cruchaga et al., 2011) ผลลัพธ์ทั้งหมดเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าตัวยับยั้งยูเรียทำให้การใช้ยูเรียเป็นแหล่งของไนโตรเจนสำหรับพืช แต่ยังขาดความรู้ในด้านสรีรวิทยาและโมเลกุลของผลกระทบ NBPT ต่อการได้มาของแหล่งไนโตรเจนนี้

จุดประสงค์ของการวิจัยในปัจจุบันคือเพื่อศึกษาผลกระทบระยะสั้นของ NBPT ต่อความสามารถของพืชข้าวโพดในการรับยูเรีย การศึกษาก่อนหน้านี้จากกลุ่มของเราอธิบายไว้ใน vivo ระบบการขนส่งที่สัมพันธ์กันสูงของยูเรียในรากข้าวโพดและแสดงให้เห็นว่ายูเรียทำให้เกิดการเข้าซื้อกิจการอย่างรวดเร็ว (Zanin et al., 2014) ดังนั้นในงานปัจจุบันการกระทำของ NBPT ได้ศึกษาเกี่ยวกับการทำงานขององค์ประกอบที่เหนี่ยวนำให้เกิดของระบบการไหลเข้าของความสัมพันธ์สูง ข้อมูลทางสรีรวิทยาได้รับการสนับสนุนโดยการวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงในการถอดความของยีนที่รู้กันว่าถูกมอดูเลตโดยยูเรีย